带转移层的高层建筑结构抗震性能研究（可编辑）

带转移层的高层建筑结构抗震性能研究分类号??密缨学校代码曼垒空劣海程歹大穿研究生姓名??蔡广亮教授指导教师姓名??主塑职称硕士申请学位级别学科专业名称缱拉墨猩论文提交日期生月论文答辩日期生月学位授予单位蹙垫墨兰盘堂学位授予日期??答辩委员会主席√垒晕阅人于三主歪一年月独创性声明本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说学位论文使用授权书本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电允许论文被查阅和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会公众提供信息保密的论文在解密后应遵守此规定研究生签名，涔伽导师签名呻姒醐班胁了Ⅱ武汉理工大学硕士学位论文摘要面对城市土地资源日益紧缺，如何综合利用土地，提高土地利用市建设必须解决的重要问题之一，研究表明解决此类问题可采用以下两种途径：一、建设综合性建筑，例如商住楼以及商业办公楼；二、合理利用地铁车辆段上部空间，一方面可以利用其上部空间进行地铁配套设施以及商业、办公、社会保障性住宅等配套设施的多层次开发建设，另一方面可充分利用地铁的物业开发价值，弥补地铁建设、运营的资金缺口，使地铁步入建设、运营、再建设的良性循环。本文中工程实例属于采用第二种解决途径的结构形式。当建筑物上部楼层为常规建筑用房，而底层为需要较大空间的公共用房或设置汽车、人行通道、甚至有火车轨道、站台穿过，均需要进行结部大空间以满足建筑功能的需要。具有转换层的结构属于竖向刚度不规则结构，当竖向刚度出现特别不规则研究此类结构的抗震性能还存在欠缺，本文具体工作如下：.概述了转换层结构的形式以及各自适用特点，探讨了转换层未来发展趋.比较分析了结构抗震静力阶段、反应谱阶段以及动力阶段的特点和底部剪力法、振型分解反应谱法和时程分析法等弹性设计方法。.讨论了基于性能设计的抗震理论及主要的设计方法，探讨了静力弹塑性分析以及动力弹塑性分析这两种设计方法主要实施过程。.以某地铁上盖结构为例。首先了解结构的动力特性，通过静力弹塑性分析结果与动力弹塑性分析结果比较，对结构在地震作用下的响应特性进行分析，对结构抗震性能进行了评估；最后本文分析了转换层处楼板的内楼板的抗震性能。.在总结全文工作的基础上，对进一步研究提出了建议和展望。并为同类的结构体系进行抗震设计提供参考。..仃武汉理工大学硕士学位论文咖鹏武汉理工大学硕士学位论文目录摘荽.第章绪论?..概论?一.转换层结构的分类与主要形式??..转换层结构的发展趋势??..梁式转换层的研究和研究现状??..本文的主要工作??.第章结构抗震分析理论与计算方法??..结构抗震理论的发展...静力理论阶段?..反应谱阶段..动力理论阶段?.结构抗震设计的计算方法?...底部剪力法?...振型分解反应谱??...时程分析法?..本章小结第章基于性能的抗震设计理论.静力弹塑性方法分析??_..基本原理??...基本假定??...水平力分布模式??.方法?....性能评价??..动力弹塑性分析..结构动力方程的建立?....?...结构运动方程的求解...结构的力学模型??...构件的恢复力模型?.武汉理工大学硕士学位论文..地震波选取?..结构分析方法选取?.本章小结第章实例分析..工程概述??....结构动力特性...模型有效性对比??..静力弹塑性分析结果.时程分析结果..地震波的有效性??....多遇地震下时程分析计算结果??....罕遇地震下时程分析计算结果??...特殊构件的分析..转换梁的抗震性能分析??。..转换层楼板详细分析...本章小结??.第章结论与展望...结论?.展望参考文献?攻读硕士学位期间参与的科研项目.第章绪论.概论近年来国内各城市得到迅速发展，使得越来越多的人涌入这些城带来的是土地紧缺问题，大城市出现这种情况更为严重。这使得现代建筑不仅在高度上发展，而且在建筑体型上朝着更加综合性方向发展。这类建筑物的特点是在同一座建筑中，沿建筑物高度方向其使用功能发生改变：上部楼层布置旅馆、住宅；中部楼层作为办公使用；下部楼层作大型商场等服务娱乐场所使用。从建筑功能使用方面来看，上部需要小开问的轴线布置和需要较多的墙体以满足旅馆和住宅的使用要求；中部则需要小的或者中等大小的室定数量的墙体满足办公用房的使用要求；下部需要较大室内空间，柱网大、墙体少，这样满足大型商场、酒店的使用要求。从常规结构布置角度来看，一般在高层建筑中，楼层的下部是受力较大的部扩大柱网。对比上述情况可知，实现建筑功能空间的要求和结构这是一种反常规的设计思路。为了实现这种思路，就必须在结构的某些层设置水上层旅馆、住宅小空间?中层办公楼中、小空间下层商业大空间图.常规设计思路图.建筑功能使用要求武汉理工大学硕士学位论文.转换层结构的分类与主要形式从结构转换的结果看，转换层主要分为三大类的转换功能：.上、下层的结构类型的改变。将上部的剪力墙结构通过转换层转换到下部的框架结构，实现结构形式的转化。这种转换形式主要应用于剪力墙和框支剪至层部分剪力墙转换为框支柱，形成较大的内部空间以便于设置成公共部分。.轴线位置及柱间距转变。转换层上下结构形式不变，柱距扩大，形成底环向布置柱子，.同时转换结构形式和结构轴线位置。深圳华融大厦，结构形式由塔楼采用框架核心筒转换到裙房采用混凝土框架架构；柱间距由.转换到.,实现轴线位置的改变。根据不同的建筑功能要求以及结构形式的不同，转换层可分为多种结构形.梁式转换层梁式转换层一般是采用巨大的钢筋混凝土大梁作为转换构件，将上部荷载传递给下部剪力墙或框架。通过改变上下结构形式或者上下柱网间部空间。梁式转换层结构是目前在高层建筑中实现垂直方向转换的常用结构形式，传力途径采用墙柱转换梁柱墙。梁式转换层具有传力途实际工程的应用比较广泛。.桁架转换层要较大尺管道等设备系弥补梁式转换层的不足，还可以减轻构件自重、刚度，减小转换层的地震作用，有利于提高结构的抗震性能。由于桁架转换层的节点受力比较复杂，受力较大时会发生剪切脆.板式转换层。梁式转换层由于上述的很多优点，使得目前国内外高层建筑大多采用这种在楼层轴网错开位置设置厚板，可以实现结构转换。厚板转换层特点是便于上部结构的布置，但是上部轴线错开较多，使得厚板武汉理工大学硕士学位论文在竖向荷载和地震作用下，容易发生冲切破坏和剪切破坏；同时厚板施工中存在温度效.箱形转换层当上、下部结构的跨度相差较大时，采用梁式转换或板式转换已不容易满足要求，这时一般会利用楼层实腹边肋梁、中间肋梁和上、下层楼有较大刚度的整体空间结构。由于箱型结构空间刚度比较大，传体工作性能好，其抗弯和抗剪能力较转换梁有很大提高；箱型转换结构的空腔部分可以兼做设备层，肋梁可以根据需要开设洞口，充分利用建筑箱型转换层结构的缺点是箱型转换上、下层刚度突变比较严重，不宜设置在楼层较高的部位，同时转换结构竖向力较大，在大震下首先进入塑性状态形成薄梁式转换层厚板转换层桁架转换层箱型转换层图.转换层类型.转换层结构的发展趋势随着现在建筑行业的发展，现有的转换层结构形式有时不能满足需要从材料和结构形式进一步进行改善转换层结构的性能，目前带转换层的高层建筑结构的发展主要体现在以下几个方面：.钢骨混凝土转换层的应用由于建筑物的高度不断增加，相应转换层结构中转换构件承托的层数也相应增加，采用钢筋混凝土转换构件的截面尺寸也需要增加，限值了用钢骨混凝土不仅承载力高，刚度好，可以减小截面尺寸，且塑性、耐久性和抗采用预应力技术可以带来许多结构和施工上的优点：减少截面尺；提高转换构件的刚度，便于控制构件的挠度；控制混凝土收缩应力以及大体积混凝土温度效应；减轻支撑自重等。所以对于大跨度转换层结构，更为适合，以节省材料。近年来我国高层建筑结构中转换构件采用预应力技术的情况越来越.转换梁受力性能的改善实际设计时，转换梁的截面尺寸通常由它的受剪承载力要求确定另一方面采用转换梁或多或少会影响结构使用空间，不利于通风和采光，若在转换梁上开设转换梁的受力特性。.新型转换结构的应用近年来，在高层建筑结构中出现了很多新型转换层的结构形式，转换、搭接柱转换、斜柱转换以及宽扁梁转换等，这些新型转换结构形式在许多情况下能够解决按照常规的转换形式不能解决的问题。.梁式转换层的研究和研究现状二十世纪五六十年代，前苏联以及东欧提出了对当时建筑结构形式进行改进一上层全部为剪力墙、下部为框架的结构体系。并认为柔性底层善结构的抗震性能，这是人们首次提出转换层的结构【】。但是实践表明，这种柔性底层建筑形式并没有达到人们所预期的反而由于底层的刚度比上层相比较小，变形过大，使得结构出现整体破坏。表.中为特殊破坏实例。表.破坏实例时间破坏情况前南斯拉夫地震，出现此类房屋倒塌现象罗马尼亚布加勒斯特地震，此类结构底层柱破坏而倒塌前苏联亚美尼亚地震再次出现此类结构严重破坏研究表明，这种类型的转换层结构按常规设计要求已不满足在强震下的要随后又有很多的学者从理论和试验的角度对转换层结构进行研武汉理工大学硕士学位论文不少的成就。年，.对上部为双肢剪力墙，底层为框支剪力墙结构进行光弹性模型试验，实测表明，其应力与用有限元方法计算的结果基本一年，,..,等【研究分析了两跨带梁式转换层剪力墙结构的受力性能，并在考虑结构内、外部柱作用的影响梁和剪力墙之间的相互作用，结果表明上部结构形式显著影响了转换梁的失效机年，,,等【人通过对一栋带低位转换层的钢筋混凝土框架结构模型进行反应谱分析、分析和等效静力分析，讨论了带有转换层建筑结构性能的影响因素，指出了常见低位转换结构在地震作用结构的最大层间位移角往往发生在结构的底部楼层及中上部楼角出现的楼层位置呈上移趋势，不能仅以结构的建筑高度、转换层的位置来判断整体结构的薄弱楼层位置，低位转换层结构具有较好的抗震性研究，得到了结构的破坏模式和极限抗剪承载力例，依据试验结凝土抗压强度、纵向钢筋配筋率和梁的跨高比等参数的影响，推导出了转换梁抗国内在这方面的研究以及实际工程的应用始于年代中期，年首先在上现场应力实测、光弹性试验、钢筋混凝土模型试验以及框支剪力墙有限元入地震波的拟动力实验，在本试验中采用.仃。波、人工地震波、迁安地震波，通过实验结果可以看出这种结构由于空间作用、各片墙及墙肢之间的内力重分布，因而有较高的承载能力及良好的抗震性能【。.年，中国建筑科学研究院结构研究所又进行了一幢层底部大空问上为鱼骨式剪力墙模型：的拟动力试验研究，结果表明底层大空间上层鱼骨式剪力墙结构有较好的吸收地震能量的能力【。年.年，还进行了一幢层大底盘大空间有机玻璃模型的静力试验试验研究。这些研究为底层大空间剪力墙结构的整体刚度和楼层相对刚度供了试验和理论上的技术依据的短梁进行了试验研究，探讨了转换梁在受剪方面的性能，并提出了相应的设计建议公式【引。武汉理工大学硕士学位论文徐培福、王翠坤等人通过对一幢高.的高层建筑在不同层次设有结构转换层的空问分析的结果，详细论述了转换层设置高度的提高对框支剪力墙结构抗震性能的不利影响，并提出转换层位置较高的框支剪力墙结构的抗震设计概念，供高层建筑结构设置转换层时参考。年，魏琏、王森通过对不同高位转换对高层建筑动力特性和地震作用影响的研究，研究表明转换层位置上移时，转换层处地震作用明显下楼层的构件内力也有明显增加，所以高位转换层结构需特别引年，黄勤勇、吕西林【】通过对框支剪力墙结构的落地剪力墙不同墙厚转换层层间位移角突变较小。年，荣维生、王亚勇研究刚弹性楼板对梁式转换层的地震作用影否采用弹性板计算时，应根据结构抗侧力构件布置以及楼板是否在面内产生明显变形为依据采用局部层问弯剪型串联多自由度体系可较好地拟带弹性转换层高层建筑结构的弹塑性地震反应。结构和刚接对动力特性影响不明显，但采用铰接会减小转换层以及底层柱的内力，改善受力性能。还有很多学者从转换层的高度、多次转换以及新型转换层结构进行了大量的研究，得出了很多有用的结论，为后续人们的研究提供一定的参考价值】。武汉理工大学硕士学位论文.本文的主要工作目前，人们更加重视利用地铁车辆段上部空间，如利用上部空间开发商业、办公、社会保障性住宅等。此类结构的特点是车辆段竖向构件刚度远大于上部结构竖向构件刚度，造成结构在转换层处形成竖向刚度严重突变。对于此类转换层有待于进一步采用计算机模拟方法对模型在地震作用下的抗震性能进行分析。主要从以下几个方面展开工作：.概述了转换层结构的形式以及各自适用特点，探讨了转换层未来发展趋.比较分析了结构抗震静力阶段、反应谱阶段以及动力阶段的特点和底部剪力法、振型分解反应谱法和时程分析法等弹性设计方法。.讨论了基于性能设计的抗震理论及主要的设计方法，探讨了静力弹塑性分析以及动力弹塑性分析这两种设计方法主要实施过程。塑性分析结果与动力弹塑性分析结果比较，对结构在地震作用下的响应特性进行分析，对结构抗震性能进行了评估；最后本文分析了转换层处楼板的内楼板的抗震性能。.对全文工作进行总结，对该领域的研究进行了进一步的展望。武汉理工大学硕士学位论文第章结构抗震分析理论与计算方法.结构抗震理论的发展结构抗震分析理论是一门新兴学科理论，理论研究表明地震响应的确定是一项非常复杂的工作，因为地震大小和结构本身特性质量、刚度、阻尼等以及地面运动特性场地类别、地震烈度以及近、远震等有关，而结构本身特性和地面运动特性都具有随机性。随着人类对于这两个方面的认识程度不同，结构抗震分析理论发展可以划分为三个阶段：静力理论、反应谱理论和动力理论【。..静力理论阶段静力理论首先是在意大利提出，但是最先是在日本形成并运用到结构抗震设计。日本学者大森房吉在年提出震度法的概念，假定结构物的地震作用可简化为结构的等效水平静力，其计算公式见公式?式中‰??地震动最大水平加速度；??重力加速度；般认为≈.。理论的假定一般结构是刚性的，结构上每一点的振动加速度均等于地震动加速度，结构上的单位质量的地震作用是一致的。但是由于该方法未考虑上部结构特性的变化以及地震作用持时的影响，所以这种方法只适用于某些特定条件而且具有一定的近似性，目前基本上已不再使用。从世纪年代开始，美国首先开展了对强震数据记录的研究工作，在年获得了重要的地震波数据，美国学者.提出根据实际记录的地震数据计算反应谱的重要的概念，年代初，美国学者.在此基础上研究出反应谱的计算，并运用到结构抗震设计。这种反应谱计算理论成为多数国家采用的方法，并不断得到改进。反应谱理论原理是将许多地震实际记录地震波分别代入单自由度动力反应方程，得到每条地震波作用下结构的最大弹性地震作用位移、速度、加速度，进而得到结构最大地震反应与自振周期之间的关系曲线。根据反应谱理论，作用于单自由弹性体系上地震作用如公式?。式中：??地震系数；Ⅱ??动力系数，Ⅱ是加速度反应谱与地震动最大加速度的比值，表示地震时结构振动加速度的放大倍数。从本质上反应谱方法仍然是一种静力方法，但是与静力理论相比，它考虑地震烈度、地面运动特性以及结构自身的特性，并且，反应谱法将动力计算问题转化成静力来考虑，计算比较简单，而且设计时是采用结构的最大全，因此得到广泛的应用。将单自由体系推广到多自由体系，即形成现阶段常用的振型分解方法。反应谱方法的存在一定的不足：只考虑加速度反应谱中最大值，即惯性力最大值，但未必是结构的最危险的状态，因为结构的最大地震效应不一定在同一时刻出现；反应谱是根据弹性结构地震反应得到的，引用反映出结构的延性影响系数后，也只是笼统给出了结构进入弹塑性状态的结构的最大地震反应，不能给出结构地震反应的全过程，更不能给出地震过程中构件进入弹塑性变形阶段的内力和变形，因而无法找出结构的薄弱部位。..动力理论阶段地震的震害表明，仅采用反应谱理论方法不能全面反映结构抗震表明地震持续时间对结构的动力响应有重要影响，从而推动研究理论进入一个新的阶段一动力阶段。时程分析方法是直接对结构动力方程得到结构的地震响应，由于地震波具有很复杂的随机性，对于多自由度体系一般只能求采用逐步积分法，该方法计算量繁多，只有利用计算机才可以实现。由于时程分析法考虑了地震的持续时间的影响，因此能够全面的描述结构的地震响应随时问的变化，考察结构由弹性到塑性时结构的发展状态，因此成为现在一种重要方法。.结构抗震设计的计算方法在我国《建筑抗震设计规范》?简称《抗规》主要采用的计算方法有底部剪力法、振型分解反应谱法以及时程分析法，每种计算方法适用条件不同，其各自计算原理如下：武汉理：:大学硕士学位论文..底部剪力法底部剪力法【】主要是对于建筑物高度不超多，质量和刚度沿高度变化均匀，结构主要是剪切变形。底部剪力法计算时假定每一层只有一层的地震作用为峨.底部剪力法示意%:善生点一瓯峨/‰式中：疋??结构总水平地震作用标准值；瓯??相应结构基本白振周期的水平地震影响系数值；取总重力荷载代表值的%:??质点的水平地震作用标准值；,、,??分别为质点、,的重力荷载代表值；、IV,??分别为质点、,的计算高度；皖??顶部附加地震作用系数，多层高层钢筋混凝土和钢结构房屋可按《抗规》采用。..振型分解反应谱振型分解反应谱法是在结构为线弹性多自由体系假定的前提下，利用阵型的正交性，把结构在地震作用下的复杂振型分解成多个振型，对每个振型采用反应谱法计算出结构的地震响应，再根据一定的组合方法将各自得到的地震响应进行武汉理工大学硕士学位论文组合，得到结构的整体的地震响应。根据《抗规》规定，采用振型分解法时，不进行扭转耦联计算时，采用公式计算地震作用和作用效应：结构，振型质点的水平地震作用标准值，按下列公式计算：匕哆乃如\‘,,专一瓦??,振型质点的水平地震作用标准值；口，??『振型自振周期的地震影响系数；打??,振型质点的水平相对位移；??集中质点的重力荷载代表值；,??/振型的参与系数。通过上述公式可以得到每个质点在所有振型下的地震作用标准值，当相邻振型的周期比小于.时，可按下面的组合规则得到结构的整体作用响应；式中：??水平地震作用标准值的效应：邑??,振型的水平地震作用标准值的效应弯矩、剪力、轴向力以及位移等。..时程分析法时程分析法是开始于世纪年代，这主要归功于计算机技术的快速发展和普及应用。实际上地震波是极其复杂的随机振动，这对于多自由度体系振动而这就需要借助于计算机的作用。时程分析法可以得到结构在整个地震波下的由弹性到弹塑性全过程，成为现在研究结构在罕遇地震下弹塑性分析的一种重要方蚪【蚪?刮《从上式中可以发现地面振动加速度是复杂的变化量，同时结构进入到弹塑性阶段后刚度矩阵和阻尼矩阵都会发生变化，从而说明了时程分析是无法求出解析武汉理工大学硕士学位论文解。对上式转化成增量方程：基本原理：在时间域内对响应的时间历程进行离散，把运动微分方程分为各离散时刻的方程，设定某个时刻的位移、速度和加速度的近似表式代入系统运动方程，对耦合的系统运动微分方程进行逐步积分个或几个时间离散点上的位移、速度和加速度推出下一个时间点上的位移、速度和加速度，从而求出在一系列离散时刻上的响应值。线性以及非线性体系都比较采用，但对于非线性体系，由阻尼矩阵不断.本章小结本章第一部分介绍了结构抗震理论的发展过程，对比了这些理论的假定条件以及各自的优缺点；第二部分介绍目前的计算方法，比较这些方法的适用条件和原理，为下一步选择结构计算方法做好准备。武汉理工大学硕士学位论文第章基于性能的抗震设计理论基于承载力的设计主要目的是避免在罕遇地震下主体结构发生护人的生命安全。但是现代建筑内部的设备价值远超过结构本身保证人的生命安全的前提下，如何控制地震中破坏所产生的经济不同的使用要求，是抗震设计面对的一个新的挑战。研究最终推动基于性能设计的理论的发展。目前这种理论还不够成熟，处于定性向定量转变性能的抗震设计思想是建筑结构抗震设计的一个重要发展，代表着未来结构抗震设计的发展方向。基于性能的抗震设计研究方法可以分为静力弹塑性方法和动力弹塑性方法。.静力弹塑性方法分析..基本原理静力弹塑性方法能够从结构的宏观结构承载力和变形和微观构件的内力和变形反映结构弹塑性变化，同时这种方法简便易行，是结构抗震性能评估的主要方法。静力弹塑性的实施过程：首先沿着结构的高度实施一定分布形式的侧向荷载模拟地震作用；逐步增加侧向力的大小，当结构进入塑性的大小再继续施加，交替下去，直到结构推覆至预期设定的目标点处的参数层间位移角、层位移、层剪力以及屈服状态来判断结构的抗震性能是否满足性能目标要求。..基本假定静力弹塑性分析的基本假定：实际结构一般都是多自由度体系的反应可以用一个等效单自由度体系来表示也就是实际结构的反应由单一动过程中保持不变。目前有多种途径将多自由体系转化成单自由理本质均为通过对多自由度体系动力方程进行等效。多自由度体系的运动方程如啡【】纠一脚乏分别为体系的质量矩阵、阻尼矩阵、为地震动加速度。甄、仪埋大字坝士字位论文????????????????????????????????二???二二,、在这里我们假定结构的相对位移向量习可以用结构顶点位移玉和形状向量纠表示：畸嘲玉?~~、多自由度体系的运动方程就等价于：【删噼二【】畸二【卅乏这里我们定义等效单自由体系的参考位移：拈四薯斜【卅。在方程?左乘以刃，并将，得到方程：~川晦四刃趟。四们川乏令上式中：?【】钳九】中趟四将公式?代入公式.,得到：必≥≥:膨三?阻尼、恢复力。至此，,、斜分别为单自由体系的质量、多自由体系运动方程就转化成单自由度体系。研究【冽表明对于门层质量相同，高度办相同的多自由度体系，等效质量轰端瓦一面丽表.等效单自由度质量百分比由此看出，高于层的建筑结构，第一振型的等效质量占全体质量的百分比大约在‰%,如果在实际结构的反应中，第一振型占主要成分等效质量百武汉理工大学硕士学位论文分比大于%,那么由这些假定得到的实际结构的最大地震反应具有合理的精的实例是可以通过方法给出结构的地震弹塑性反应的全貌。..水平力分布模式侧向水平力分布方式的选择假定条件：能够体现地震作用下层惯性力的分布形式；能够大致上描述地震荷载下结构位移的分布状况，列举几种常用的方法。.均布分布：楼层侧向力大小取所在楼层的重力大小：驴妾圪.倒三角形分布：纠倒三角形分布情况实际上是通过底部剪力法求的分布力，因此这种方法使用于高度不大于，以剪切变形为主且质量和刚度沿结构高度变化比.指数分布：分布力沿结构高度呈抛物线形状分布，其分布数学表日÷?圪时，取.;中间值采用线性插值。一般在静力弹塑性分析中，水平侧力是单向加载的，但是楼层间的水平力关系是保持一定的比例，这样就无法体现结构进入塑性后由于结构本身特性的改变而对地震作用的改变，后来，一些研究者提出自适应侧向力模式，主要是根据前一步的结构特性确定下一步的结构的加载方式。虽然这种方法比固定的侧向力更为合理，这使得原本简化的静力弹塑性分析变得复杂化，而选择静力弹塑性分析水平加载模式的基本原则：在结构具有足够的精度的前提下，尽可能保持静力弹塑性分析方法的简便性。研究表明任何一种加载模式都不能完全反应结构的变形和受力，而且，结构进入塑性后其自振周期和惯性力大小及分布方式都会发生变化，上述任何一种加载模式均不能完全反应结构的层惯性力变化，因此.建议至少采用两武汉理工大学硕士学位论文种及两种以上的加载模式，本文中以方向为例，采用的是模态加载、加速度加载以静力加载种加载模式。羽振型加载等加速度加载静力加载图.各加载模式示意图方法对上述这两种方法的研究改进，提出了“等效线性法”、“位移修立能同规范规定的限值相比较，考察结构的抗震性能。等效单自由化建立结构分析模型。分析、一荷载一位移曲线一能力谱选择荷载分布模型一能力评价能力谱法转化能力谱法主要是通过地震需求曲线和结构的能力曲线的叠加从而得到结构在给定地震作用下的地震反应特性。结构的能力谱是通过结构的顶点位移和基底剪力的曲线关系；需求曲线是地震对结构的产生的最大加速度和最大位移反应的武汉理工大学硕士学位论文关系曲线，它是由加速度反应谱转化而来，反映了地震对结构位移的需求。本文中静力弹塑性分析是采用基于的能力谱法，实现原理是通过以下步骤得到：按照选定的侧向加载模式进行推覆，可以得到结构的基底剪力一顶点位移曲线，即.曲线；将上一步得到的?曲线转化为谱加速度&和谱位移的曲线关系，得到结构的能力谱。喜①。等一?珥：掣珥为第一振型的模态质量：%为第层质点的质量；①订为第一振型在第层的振幅；。为第一振型参与系数；以为结构的总层数。曲线能力谱曲线图.曲线和能力曲线之间的转换武汉理：亡大学硕士学位论文需求谱的转换需求谱曲线是将标准的加速度谱配丁谱转化成加速度谱一位移谱曲线，对于反应谱曲线中每一点都有唯一的一组变量与之对应谱加速度、谱速度、谱位移以及周期。曲线上第一段上每一点的相应于和的以。的值，三者有如下的寺&标准的需求反应谱包含一组常量的谱加速度和另一组常量的谱处的谱速度和谱位移关系如下：踟寺瓯嘉)/,佻./\萨~≥一???卜图.标准反应谱转换为模式需求0..性能评价分析一般采用.或.中推荐的方法评价构件的性能。图.给出了结构构件性能评价图。由于图可见构件性能分为不同物理体各阶段物理意义如下【驯：段：硬度强化阶段，刚度一般为初始刚度的%.%,对相邻构件问的内力重分配有较大影响；段：构件的初始破坏状态，钢筋混凝土构件的主筋断裂或混凝土压碎状态，钢构件抗剪能力急剧下降区段；段：最大变形能力位置，无法继续承受重力荷载的状态。对段通常可以进行更进一步的细致的划分：武汉理工大学硕士学位论文直接居住极限状态;安全极限状态坍塌防止极限状态长翟将图.的性能评价曲线与国内规范的相关抗震性能要求进行对比，可知两者相互关系大致如下：构件性能铰处于阶段：构件完好、无损伤，此时构件完全处于弹性构件性能铰处于?阶段：构件轻微损坏，出现轻微裂缝，此时构件刚进构件性能铰处于.阶段：构件中等损坏，出现明显裂缝，此时构件已进入屈服阶段：构件性能铰处于.,.阶段：构件严重损坏，但不发生局部倒塌，此时构件塑性承载力充分发挥，接近破坏；动力弹塑性分析最早始于世纪年代，自年代发展较快，因为在当时按0规范设计的，认为安全的建筑物在强烈地震中也会遭到破坏。例如日本在年和年的地震中很多按等效静力方法进行抗震设计的多层钢筋混凝土结构遭到了严重破坏，年美国地震也出现同样的状况。年墨西哥城地震破坏中人们发现许多按照常规设计的高层建筑物遭到了动力弹塑性分析的一座层建筑物未受到影响，年该建筑又经历了一次.级地震依然完好无损。以上事例从正反两方面说明动力弹塑性分析的重要性。利用动力弹塑性分析之所以能够比静力弹塑性分析更加优越在于这种方法武汉理工大学硕士学位论文计算模型建立地震动方程，然后采用数值方法对方程进行求解，计算地震过程中每一个时刻结构的位移、速度和加速度响应，从而可以分析出结构在地震作用下弹性和非弹性阶段的内力变化以及构件逐步损坏的过程。..结构动力方程的建立结构弹性运动微分方程可以表示为：此，结构的弹塑性运动微分方程表示为：式中”、甜、也：唯分别表示为结构体系在时刻的加速度、速度、【】“;&【】“;出【大】“一【】%;址【荆“荆九】碰△二△,一△二，?厂△.厂时间内变化是比较小的，所以IV可方荆【】斗【酬九【】△破武汉理工大学硕士学位论文..结构运动方程的求解通过..节我们得到了结构的运动方程，求解这类方程的方法主要有两种：振型求解法和数值积分法，这里主要推导数值积分法的求解过程。通常的所用的用的是一法?。在一Ⅱ法中，最终速度和加速度：二&,。,一，二，△△出“△”,二出呸一Ⅱ二&Ⅱ二缸出?上式中，系数提供了在初始和最终加速度改变的影响之间的线性变化的权重；系数Ⅱ提供了在这些初始和最终加速度对位移改变的贡献的权重。以上求解形式是隐式公式，这种求解方法是不方便应用的，从上式中可以看出每一时间步内为了确定此步终点加速度需要进行迭代，为了方便使用，我们通常转变为显示形式。对上面公式进行求导得到：陋垃古No出撕一去∽去一?肛陋去No撕一拼?一刍///扣琊，由公式?和.可以看出下一时刻的速度、加速度只与此时刻的位移和上一时刻的各量有关，就不需要进行的迭代。将公式?和?代入公式和?化简为：等效刚度：幺卜面【卜孟【】陋删?击九去.九、忡，牡】静『九一怫一No【,。’武汉理工大学硕士学位论文求解公式?可得”?△,将”&代入公式?.可求出胁&邺?Ⅱ和的取值将会影响算法的精度和稳定性，当Ⅱ/时，盹研砒法是无条件稳定，具体不同取值可以分为三类：厂/,Ⅱ/,线性加速度法，≤.:/,Ⅱ:/中心差分法法，≤..结构的力学模型动力分析是一项比较复杂的过程，计算量大，对计算机性能要求计算模型在简化时应根据结构本身的特点以及计算机发展水平选择较为合理的力学模型。目前主要的力学模型有层模型、杆系模型以及杆系一层模型】。层模型层模型取层为基本计算单元，将结构质量集中于各楼层处，整个结构的竖向承重构件等价为一根竖向杆。用结构每层的侧移刚度代表竖向杆部嵌固的串联质点系模型。采用层恢复力模型以表征地震过程中层刚度随层剪力的变化关系，利用层模型则可确定结构的层间剪力与层问侧移。层模型的基本假定：结构各层楼板均假定为刚性楼板，每层竖向构件在水平荷载下具有相同的侧向位移；建筑刚度中心与其质量中心重合，水平地震作用下无绕竖轴扭转发生。工程实践中，层模型主要被用于检验结构在罕遇地震作用下的薄弱层位置及层间侧移是否超过允许值，并校核层剪力是否超过结构的层极限承载力。杆系模型杆系模型是以梁、柱等杆件为基本计算单元，将质量集中在杆件两端的节点上的简化模型。单个构件的弹塑性分析组合在一起通过变形协调来反映结构的弹塑性行为。所以采用杆系模型，可以比较细致地反映每个杆件在地震作用下的破坏过程，以及它们出现破坏的先后顺序。杆系模型比较适合强柱型框架体系或混合框架体系。杆系模型采用了杆系恢复力模型来反映杆件单元刚度和内力变化之间的关系，根据塑性变化沿杆系长度方向变化的规律，杆系模型可以分度模型、分布刚度模型。集中刚度模型中塑性变形仅集中在杆件两端，中间部分武汉理工大学硕士学位论文保持弹性；分布刚度模型是根据杆件内力的具体情况，确定单元研究中，研究发现杆件的弹塑性变化并不是只存在两端，而是分布在一定长度的区域内。因此这种模型常被采用，而且既能保证精度又不过多增种较为理想的模型。杆系.层模型杆系一层模型的特点是结构质量假定集中在楼层处，采用杆系恢复力模型确定单元刚度，按照层模型建立运动方程。可以看出，杆系.层模型不但可以确定层剪力一变形的关系，而且也可以了解杆件的内力和变形，同时计算量又减少很多。..构件的恢复力模型恢复力模型实际是表达了结构或构件在撤去外力后恢复变形的种恢复力与变形的之间的关系。恢复力模型是构件的抗震性能在结构弹塑性地震反应分析中具体体现。若仅用静力非线性分析，模型一般是指力与变形关系骨架曲线的数学模型；而如果是用于结构动力非线性时程分析，恢复力模型不仅包含骨架曲线，同时也包含各阶段滞回环的数学模型。经过人们不断探索，目前人们提出的恢复力模型可以大致分为两曲线恢复力模型，这种模型的优点在于与实际工程比较符合，但是碍于刚度和计算方法存在很多不确定性，所以没有普遍适用性；另一类是折线这类模型简单实用，但存在折线之间的拐点处的刚度问题值得研究。目前折线型实际中具体要